本文選題：水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)(UASNs)　切入點(diǎn)：自主潛航器(AUV)定位　出處：《河北師范大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：近年水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)(UANs)掀起研究熱潮,作為其核心技術(shù)之一,自主潛航器(AUV)定位問題亟需節(jié)能高精度的解決方案,基于海底應(yīng)答器的長基線(LBL)定位系統(tǒng)滿足UASNs中智能高效,獨(dú)立高精度的設(shè)計目標(biāo),是較為合理的選擇。本文通過對經(jīng)典AUV定位技術(shù)的利弊分析,結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,剖析出LBL系統(tǒng)面臨著時間同步困難、雙向測距(TRT)技術(shù)測距不精、和水下聲速時變的問題。為解決這些問題,本文針對淺海海域,在基于海底應(yīng)答器的LBL機(jī)制下,提出了無需時間同步的,基于精確聲傳播時延估計的AUV自定位算法(SL-STTS)。SL-STTS算法通過分析聲信號到達(dá)角度和AUV的航向角及縱搖角來計算聲信號由AUV傳向海底應(yīng)答器的單向傳播時延。提出使用數(shù)學(xué)期望來逼近水下聲速,并在理論上證明了其合理性。利用LMA算法來優(yōu)化測距從而計算出AUV的位置信息。仿真證明,本算法定位誤差符合克拉美羅界(CRB),且在時延測量噪聲與角度測量噪聲的影響下,其定位精度較對比算法提高了約8%～79%。平均測距誤差也比RTR算法減小了42%。為節(jié)約成本,減少對應(yīng)答器的使用,進(jìn)一步提出了序列相似度匹配的濾波定位算法(SCLSS)。SCLSS算法利用格柵式測量將三維定位區(qū)域進(jìn)行格形劃分,形成虛擬位置點(diǎn)來輔助定位。由聲信號濾波法過濾出任務(wù)應(yīng)答器及可代表AUV位置區(qū)域的任務(wù)位置點(diǎn)。為進(jìn)一步提高定位精度,對任務(wù)位置點(diǎn)進(jìn)行合理衍生形成衍生點(diǎn)。通過與AUV的距離序列進(jìn)行Pearson相似度匹配,二次過濾出衍生點(diǎn),利用質(zhì)心加權(quán)法其位置進(jìn)行相似度加權(quán)求取AUV的位置。仿真證明,在較少應(yīng)答器做輔助的情況下,本算法的定位精度較對比算法提升約49%,在時延測量噪聲與角度測量噪聲的影響下,其定位精度較對比算法提升約35%。
[Abstract]:As one of the core technologies of underwater acoustic sensor network (underwater acoustic sensor network), the localization problem of autonomous submersible vehicle (AUV) is in urgent need of energy saving and high precision solution. The long baseline UASNs positioning system based on submarine transponder meets the requirement of intelligence and high efficiency in UASNs. By analyzing the advantages and disadvantages of the classical AUV positioning technology and combining the current research situation at home and abroad, this paper analyzes that the LBL system is faced with the difficulty of time synchronization, and the bidirectional ranging technology is not very good. In order to solve these problems, in this paper, in the LBL mechanism based on submarine transponder, we propose a time-free method for solving these problems. The AUV self-location algorithm based on accurate acoustic propagation time delay estimation (SL-STTS SL-STTS algorithm) calculates the one-way propagation delay of acoustic signals from AUV to submarine transponders by analyzing the arrival angle of acoustic signals and the heading and pitch angles of AUV. To approach the underwater speed of sound, The rationality of the algorithm is proved theoretically. The location information of AUV is calculated by using LMA algorithm to optimize the ranging. The simulation results show that the location error of this algorithm accords with the Clemero boundary, and under the influence of time-delay measurement noise and angle measurement noise, Its positioning accuracy is improved by about 8 / 79. The average ranging error is 42 less than that of RTR algorithm. In order to save cost and reduce the use of transponder, Furthermore, the filter location algorithm of sequence similarity matching is proposed. The grid measurement is used to divide the three dimensional location region into three dimensions, and the algorithm of SCLSS.SCLSS is used to partition the lattice shape of the three dimensional location area. The task transponder and the task position point which can represent the AUV position area can be filtered out by acoustic signal filtering method. In order to further improve the positioning accuracy, The task location points are reasonably derived to form derivative points. By matching the Pearson similarity with the distance sequence of AUV, the derivative points are filtered out twice, and the position of AUV is weighted by the centroid weighting method. The simulation results show that, In the case of fewer transponders, the positioning accuracy of this algorithm is about 49% higher than that of the contrast algorithm. Under the influence of the delay measurement noise and the angle measurement noise, the positioning accuracy is about 35% higher than that of the contrast algorithm.
【學(xué)位授予單位】：河北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U666.7

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